充填料浆固结过程对裂隙岩体力学性能影响的实验研究

为了探究深部工程中充填料浆的固结过程对裂隙岩体力学性能的影响,以某矿深部花岗岩为例,基于含裂隙充填岩石、含裂隙未充填岩石、完整岩石的单轴压缩试验,结合3种岩石脆性评价指数,系统地研究了充填料浆的固结过程对裂隙试件力学指标、应变能转化机制、岩石脆性程度的影响。研究结果表明,3种工况试件的应力-应变曲线大多属Ⅱ型,含充填料浆的裂隙试件,其抗压强度低于完整岩石、高于未充填裂隙试件;随料浆固结时间的延长,裂隙试件的强度呈增加趋势,弹性模量呈现一定的时效性。渗入岩石内部的料浆增强了组合试件吸收应变能的能力,且随着固结时间的延长、料浆浓度的升高,试件的吸收应变能能力逐渐增强;在峰值应力附近,试件的可释放弹性应变能快速转化为耗散应变能,耗散应变能则用于岩石的失稳破坏。随料浆固结时间的延长,组合试件的脆性程度逐渐增强,而当灰砂比为1:8、固结时间为7d时,组合试件脆性程度最低。     

基于正交试验的胶结充填体力学性能及配比优化方案研究

为了提出充填体的配比优化方案,以保证充填后采场采空区的稳定性。从充填体力学性能入手,通过正交试验,选取灰砂比、养护龄期与浓度作为影响因素,分析了充填体力学曲线的变化特征;基于极差分析方法,研究了3因素对充填体强度、弹性模量影响的主次顺序。研究表明:充填体的力学曲线存在明显的压密过程,当养护龄期较短时,曲线出现了显著的屈服平台,此时充填体的延性最强,残余强度最低,极限应变值最大。3种因素在影响充填体强度及弹性模量的敏感性上,主次因素序列为:Y(龄期)X(配比)Z(浓度),养护龄期在影响充填体力学性能中起主导作用,确定了最优配比方案为灰砂比1∶4、养护龄期28d、浓度74%。研究成果对矿山选择合理的充填材料配比具有参考价值。     

大梨树沟铁矿采空区对地表稳定性影响分析

基于大梨树沟铁矿554中段采空区现状及地表建筑物分布情况,采用3Dmine软件对地表及井下工程建立几何模型,运用FLAC3D模拟分析采空区对地表稳定性的影响,模拟结果表明,当采空区高度从10m增加到35 m后,地表沉降值仅从0.092mm增长到0.262 mm,沉降量非常小,空区及地表均处于稳定阶段,并与现场调研结果相差不大;当岩体强度折减从10%增到30%后,地表最大沉降量从1.5mm增长到37.3 mm,超过地表建筑物沉降的警戒值,空区将处于不稳定状态,应及时进行充填处理。     

磁铁矿石动载实验下强度本构模型研究

为了研究磁铁矿石动态力学特性,基于SHPB实验系统对磁铁矿石进行不同应变率下的动态加载实验,得到了不同应变率下的动态应力-应变曲线;将连续损伤理论与统计强度理论相结合,建立了磁铁矿石动载下的强度本构模型。研究结果表明:随着应变率提高,磁铁矿石动态弹性模量与动态强度呈率相关,磁铁矿石属于率相关性材料;应变率提高使磁铁矿石的塑形软化程度加深。所建的本构模型的拟合曲线与实测曲线拟合较好,适用于描述应力-应变曲线的峰前变化规律,属于脆性模型,该模型具有参数少、物理意义明确等优点,可以有效描述出磁铁矿石动载下峰值强度的变化特征。该研究成果对揭示磁铁矿石动载下的力学特性具有一定参考价值。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

基于DIC技术的充填体固结时间对花岗岩裂纹扩展的影响研究

为了研究地下工程中裂隙岩体的变形、破坏规律对岩体稳定性控制的影响,基于数字图像相关方法,对单轴压缩下未充填裂隙岩石、充填裂隙岩石的应变场演化过程进行监测,结合滑动裂纹模型理论,从宏观和细观角度系统地分析了裂隙岩石在破坏过程中的裂纹萌生、扩展和贯通规律。结果表明:未充填裂隙岩石应变场内最大应变值主要集中于两预制裂隙尖端连接处,沿预制裂隙某一侧贯通破坏,而充填裂隙岩石应变场内最大应变值主要集中于两预制裂隙连接处与次翼裂纹扩展处,沿预制裂隙两侧贯通破坏;未充填裂隙岩石的岩桥边界区域以剪切破坏为主,充填裂隙岩石的岩桥区域以张拉破坏为主,无论裂隙岩石充填与否,应变场内都主要分为拉应力与压应力区域;在弹性阶段内,应变场中已形成了沿翼裂纹、次翼裂纹扩展路径的局部化应变带;在内侧翼裂纹和次翼裂纹的搭接处,破坏程度最严重。随着充填体固结时间的延长,在预制裂隙尖端处,伴有剪切起裂的次生共面裂纹扩展,所形成的断面粗糙度高于其他断面。